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Buraco negro: o que é e como funciona

Eu queria perguntar o que exatamente é um buraco negro e como ele funciona? Muitos amigos meus dizem que ele suga a matéria e que por lá o tempo atua de forma diferente outros dizem que ele repele, a mesma coisa ocorre em sites e filmes que dão diversas explicações para o mesmo assunto. Como não entendo nada desse assunto, queria saber sobre os buracos negros através do CREF.

Respondido por: Profa. Maria de Fátima Saraiva (IF-UFRGS)

Um buraco negro é uma região do espaço onde a gravidade é tão forte que a velocidade de escape fica maior do que a velocidade da luz, de forma que nenhuma matéria ou forma de radiação pode sair dela. Dentro dessa região, toda a massa está concentrada em um ponto central de volume zero e densidade infinita – uma singularidade. A borda do buraco negro (a fronteira que separa o buraco negro do seu entorno) se chama horizonte de eventos.  Quanto maior a massa concentrada no centro, maior o raio do horizonte de eventos, portanto maior o buraco negro. Nada atravessa o horizonte de eventos de dentro para fora, e tudo o que atravessa de fora para dentro fica lá dentro.  Devido à fortíssima gravidade, o tempo começa a passar mais devagar nas proximidades do buraco negro, estacionando no horizonte de eventos.  Usando um exemplo dado por Carlo Rovelli, em seu livro “A realidade não é o que parece”, se uma espaçonave se aproximasse do horizonte de eventos de um buraco negro e conseguisse acelerar o suficiente para orbitá-lo durante algum tempo e depois se afastar, o piloto perceberia que fora teriam se passado séculos, ainda que pelo seu relógio tivesse se passado apenas uma hora.

Buracos negros podem ser formados, por exemplo, quando estrelas de massa muito grande “morrem” e explodem como supernovas. Se o núcleo remanescente da explosão tiver massa maior do que cerca de três vezes a massa do Sol, ele não conseguirá gerar pressão suficiente para suportar a gravidade e continuará se contraindo infinitamente.

Embora não seja possível “ver” os buracos negros, pois eles não emitem qualquer radiação, eles podem se revelar quando outros objetos – estrelas ou gás –  se aproximam o suficiente deles para sentir seus efeitos gravitacionais.  Por exemplo, se um buraco negro se formar em um sistema binário de estrelas, a estrela companheira pode ter sua atmosfera atraída pela gravidade do buraco negro, ou seja, pode-se dizer que o buraco negro “suga” parte do gás da companheira. Devido ao movimento do gás, ele não cai diretamente no buraco negro, mas espirala em torno dele antes de cair, formando um redemoinho que se chama disco de acreção. O gás espiralando no disco se aquece e emite radiação em raios –X, que pode ser detectada, revelando a presença de um objeto compacto naquele ponto.  Muitas vezes, o gás no disco de acreção aquece tanto que se expande e parte dele é ejetado na forma de dois jatos perpendiculares. A figura abaixo é uma concepção artística de um sistema binário formado por uma estrela azul, HDE 226868, orbitando em torno de uma fonte de raios-X, Cygnus X-1. Essa fonte de raios-X é  o primeiro candidato a buraco negro detectado em nossa galáxia.

Buracos negros estelares gerados do colapso de uma estrela são designados buracos negros estelares, e suas massas podem chegar a 100 vezes a massa do Sol. Mas podem existir buracos negros com massas muitíssimo maiores, de  milhões a bilhões de massas solares. Esses buracos negros supermassivos teriam se formado pelo colapso gravitacional de aglomerado de estrelas massivas ou e/ou imensas nuvens de gás durante o processo de formação das galáxias, e ficariam residindo em seus núcleos. Um exemplo é a galáxia M87 (foto abaixo) que apresenta um jato de matéria, saindo de seu núcleo. A melhor hipótese para a origem do  jato é que ele é criado por gás espiralando em torno de um  buraco negro com massa de 3 bilhões de massas solares  no centro da galáxia.

Atualmente, os astrônomos acreditam que quase todas as galáxias contêm um buraco negro supermassivo em seu centro, mas apenas em algumas – as galáxias com núcleo ativo – ele está “engolindo” matéria. A nossa própria galáxia parece ter um buraco negro central, porém inativo.

Para informações mais detalhadas, sugiro a leitura do hipertexto Buracos Negros da profa. Thaisa Bergmann e colaboradores.


4 comentários em “Buraco negro: o que é e como funciona

  1. Ricardo Ivanov disse:

    Olá, Prof.ª Maria de Fátima!

    Muitíssimo obrigado pela clareza na resposta. Despertei algumas curiosidades quando li tua resposta, nos trechos que destaco a seguir:

    1) “A borda do buraco negro (a fronteira que separa o buraco negro do seu entorno) se chama horizonte de eventos. Quanto maior a massa concentrada no centro, maior o raio do horizonte de eventos, portanto maior o buraco negro. Nada atravessa o horizonte de eventos de dentro para fora, e tudo o que atravessa de fora para dentro fica lá dentro”.

    Ou seja, o raio do horizonte de eventos de um buraco negro é sempre uma função monótona crescente no tempo, correto? Se sim, podemos dizer que quando o tempo for ao infinito, obrigatoriamente toda a massa do universo pertencerá a um único buraco, concentrada em seu centro, de volume zero? Ou o horizonte de eventos não é (ou nem sempre é) uma função monótona crescente no tempo?

    2) “Atualmente, os astrônomos acreditam que quase todas as galáxias contêm um buraco negro supermassivo em seu centro, mas apenas em algumas – as galáxias com núcleo ativo – ele está “engolindo” matéria. A nossa própria galáxia parece ter um buraco negro central, porém inativo”.

    O que causa tal inatividade do buraco negro? Seria uma “massa de saturação”? O buraco negro estar “inativo” significa que seu horizonte de eventos não cresce mais com o tempo, ou significa que – ainda que uma massa qualquer aproxime-se de seu horizonte de eventos e “cruze-o” – ela não será mais atraída para o núcleo?

    Por fim, um raciocínio para ver se eu “entendi” a explicação do buraco negro:

    Digamos que o raio do horizonte de eventos é R (estou pensando aqui em um “raio de uma esfera”, apesar de não saber se existem buracos negros na forma esférica – ou se sempre são esféricos – mais uma dúvida [risos]). Bom, digamos que uma massa M começa a aproximar-se do buraco negro.

    Primeiro, ela está em R+dr (fora do buraco). Logo, significa que ela tem aceleração superior à aceleração que a atrairia para o núcleo.
    Depois, a massa vai para R-dr (dentro do buraco). Isto significa que o núcleo exerce uma força tal que “acelera a massa” inclusive em valor superior à velocidade da luz?

    Muito obrigado pelo auxílio, Professora!

  2. Manoel Lopes disse:

    A massa de uma estrela supermassiva, depois que envelhece e vira um buraco negro continua a ser “percebida” normalmente pelos objetos massivos da sua vizinhança? Ou seja, um planeta que orbita esta estrela – e que estivesse suficientemente distante – continuaria orbitando em torno do buraco negro como se nada tivesse acontecido? A informação da massa do buraco negro conseguiria escapar do horizonte de evento e interagir com as massas que estão nas vizinhanças e fora do horizonte de evento?

    • Fernando Lang disse:

      A Professora Maria de Fátima respondeu o que segue:

      Sim, o planeta continuaria a orbitar o buraco negro, pois a massa encurva o espaço-tempo, independente se a massa é de uma estrela ou de um planeta, e o planeta continuaria se movendo nesse espaço encurvado. Não tem conflito com o horizonte de eventos.

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